[发明专利]一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)分别对钠源、铝源和硅源进行加热，得到钠源气相前驱体、铝源气相前驱体和硅源气相前驱体；(2)将钠离子正极材料置于反应器中，依次分别通入钠源气相前驱体、铝源气相前驱体和硅源气相前驱体后通入水蒸气；(3)重复n次步骤(2)的操作步骤，得到所述改性钠离子电池正极材料，本发明基于原子层沉积技术实现了对钠离子电池正极材料特定厚度的均匀包覆，包覆工艺更简单，包覆效果更好更均匀，而且包覆的涂层硅酸铝钠可辅助钠离子在界面处的脱嵌，包覆后可优化正极材料的界面，提升钠离子电池的循环稳定性。

技术领域

本发明属于钠离子电池领域，涉及一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和应用。

背景技术

相比锂离子电池，钠离子电池在资源丰富度、成本方面优势明显。钠离子电池主要电荷载体的钠离子地壳丰度约为2.36％，远高于锂离子的0.002％，资源储备丰富，价格稳定且低廉，约为电池级碳酸锂价格的1/50。除此之外，钠离子电池具有相对稳定的电化学性能，使用更加安全，有望成为锂离子电池的替代产品。

然而，钠离子电池的能量密度较低，由于钠元素的原子质量是锂元素的3.3倍，导致钠离子电池能量密度仅为锂离子电池50％左右，当前钠离子电池电芯单体能量密度仅为120Wh/kg，明显低于磷酸铁锂电池180Wh/kg和三元电池的240Wh/kg。并且，由于钠离子离子半径是锂离子的1.3倍，导致脱出/嵌入更难。钠离子电池当前循环次数最高约为1500次，显著低于磷酸铁锂电池和三元电池。目前钠离子电池在循环稳定性和能量密度方面还没有达到锂离子电池的同等水平，需要进行掺杂包覆等改性手段进行性能的进一步提升。

钠离子电池的正极材料是决定电池性能的关键因素，对于正极材料进行包覆改性可以有效提高电化学性能。由于钠离子电池正极材料对水分非常敏感，与水接触容易造成材料结构破坏，并且考虑到液相包覆方法包覆效果较差，因此原子层沉积技术可以作为解决以上问题的有效途径，原子层沉积方法是在气相氛围中，一层一层原子地原位包覆在材料表面，包覆的涂层厚度可控，致密性和均匀程度较高。

CN115132987A公开了一种多层包覆的钠离子电池正极材料的制备方法，包括以下步骤：S1.将过渡金属氧化物颗粒、聚阴离子化合物颗粒于第一分散介质中混合均匀，得到第一浆料；将第一浆料进行喷雾干燥，得到第一颗粒；S2.将第一颗粒与有机碳源于第二分散介质中混合均匀，得到第二浆料；将第二浆料进行喷雾干燥，得到第二颗粒；S3.将第二颗粒于惰性气氛下碳化，得到多层包覆的钠离子电池正极材料。

CN107248574A公开了一种碳包覆钠离子电池正极材料的制备方法，所述方法在正极材料中掺杂稀土金属，形成的稀土金属元素-O的带隙较V-O小，使得电子由价带被激发到导带更容易，有利于促进电子传导。

普通的包覆涂层如氧化物氮化物等，虽然可以起到隔绝外界水分和电解液腐蚀的作用，但由于导电导钠性能较差，牺牲了电池的倍率性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性钠离子电池正极材料及其制备方法和应用，本发明基于原子层沉积技术实现了对钠离子电池正极材料特定厚度的均匀包覆，包覆工艺更简单，包覆效果更好更均匀，而且包覆的涂层硅酸铝钠可辅助钠离子在界面处的脱嵌，包覆后可优化正极材料的界面，提升钠离子电池的循环稳定性。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种改性钠离子电池正极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)分别对钠源、铝源和硅源进行加热，得到钠源气相前驱体、铝源气相前驱体和硅源气相前驱体；

(2)将钠离子正极材料置于反应器中，依次分别通入钠源气相前驱体、铝源气相前驱体和硅源气相前驱体后通入水蒸气；

(3)重复n次步骤(2)的操作步骤，得到所述改性钠离子电池正极材料，其中，n≥2。